CN100356590C - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在作为活性层或p型金属包层32的MgZnO层中插入与MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层32b。据此构成，吸收与补偿电子的作用由MgZnO层中局部地存在的p型氧化物层担负，所以不须添加大量的p型掺杂剂，即可得到品质良好的p型或i型的MgaZn1-aO型氧化物，从而获得高发光效率的紫外线或蓝色发光型发光元件。又，通过使p型金属包层与n型金属包层的至少一方形成第一结晶层与第二结晶层的接合构造，可有效地对活性层注入载体，从而提高发光效率。前述第二结晶层在活性层的相反侧与前述第一结晶层异型接合，其带隙能较该第一结晶层低。

Description

发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用半导体的发光元件，特别涉及适用于蓝色光或紫外线的发光的发光元件的制造方法。
背景技术
使用带隙能(band gap energy)为2.2eV以上的宽带隙型的半导体结晶的发光元件，尤其是进行蓝色光区域的短波长发光的高亮度发光元件一直被殷切期望着。最近，藉由使用于室温下的带隙能可于2.0eV～6.2eV之间变化的宽带隙型的氮化镓系原料，例如使用AlGaInN系材料，实现了这样的发光元件。又，藉由红色至绿色的高亮度发光元件的组合，以谋求应用于全色发光装置及显示装置等的技术也急速地进展。
然而，AlGaInN系材料由于是以比较稀少的金属Ga与In为主成份，所以难以避免成本的增高。又，成长温度高达700～1000℃，于制造时相当耗费能源，也是大问题之一。就此点而言，于降低成本的观点上自不待言，又对于最近的节约能源与抑制地球温室化的相关议论喧嚣尘上来说，更是违背潮流的作法，亦非所期望。因而，曾提出一种发光元件，其在发光层部系使用氮化镓系以外的材料，如较廉价的氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)及作为它们的混晶的氧化锌镁(MgxZn1-xO(0＜x≤1)：以下也有简记为MgZnO。又，本组成式中的x定义为混晶比)。
氧化锌镁是一种室温下的带隙能为3.25eV～4.02eV的典型的宽带隙型氧化物，其在波长半导体激光、高亮度蓝色LED或紫外线发光元件等高效率发光元件方面的应用正在研究中。例如，在日本专利特开2001-44500号公报中，揭示了在蓝宝石基板上使ZnO系化合物半导体层进行异质衬底外延成长的发光元件。又，在日本专利特开平11-168262号公报中，揭示了使用该ZnO系化合物半导体发光元件的二维数组面型发光装置。
在日本专利特开2001-44500号公报中，作为ZnO系化合物半导体层的成长方法，例示出MBE(分子束外延Molecular Beam Epitaxy)法与MOVPE(金属有机气相外延Metalorganic Vapour Phase Epitaxy)法。然而，MBE法由于成长环境气氛的压力低，所以欲抑制氧不足的发生并不容易，在用以构成发光元件上所不可或缺的p型或本征半导体型(以下，使用「intrinsic」的前缀，亦称为「i型」)ZnO系氧化物层的形成有困难。又，MBE法必须使用紫外线激光，而只能在激光照射的区域得到良好的结晶，所以大面积的结晶成长会有困难，于产业上的应用有困难，是其问题点所在。另一方面，使用MOVPE法的气相成长法为不使用紫外线激光的制法，由于系在气相状态下移送原料，所以容易适应大面积化是其优点，但在使用ZnO系氧化物的场合，亦有发生氧不足的问题，目前p型或i型的氧化物层的形成在工业上还未能实现。
又，使用MgZnO来构成发光元件的场合，与其它的异型接合构造型发光元件同样，也采用将活性层以p型及n型的金属包层包夹的双异型(double-hetero)构造。在MgZnO混晶中，随着混晶比的增加带隙能亦跟着增大，所以要藉由活性层的载体封入效果来提高发光效率，减少活性层的混晶比x、提高金属包层的混晶比x是有效的。
然而，在未掺杂者中，由于ZnO为n型半导体，MgO为绝缘体，所以MgZnO混晶随着混晶比x的增加，结晶的绝缘性变强。其结果是，作为金属包层的材质，若采用混晶比x高的MgxZn1-xO，则要藉由掺杂来提高金属包层的有效载体浓度会有困难，为了作成设定的载体浓度，须将用以构成金属包层的MgZnO混晶的混晶比x压低到一定程度。然而，降低金属包层的混晶比x，会使得其带隙能也降低。因此，会抑制对注入活性层的载体的封入效果，其结果是无法制得高亮度的发光元件。
本发明1是提供一种以高品质确实地形成由MgaZn1-aO型氧化物所构成的p型层或i型层，进而得到高性能且廉价的紫外线或蓝色发光型的发光元件及其制造方法。又，本发明2是提供一种使用宽带隙型氧化物半导体的双异型构造的发光元件，它是一种具有可有效地将载体注入活性层中、提高发光效率的构造的发光元件。
发明的揭示
本发明的发光元件1的特征是，发光层部具有双异型构造，该双异型构造所含的活性层及p型金属包层的至少一方为主要由MgaZn1-aO(0≤a≤1)型氧化物所构成的MgZnO层，且在该MgZnO层中插入了与前述MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层。
又，本发明的发光元件的制造方法1用以制造发光层部具有双异型构造、且该双异型构造所含的活性层及p型金属包层的至少一方为主要由MgaZn1-aO(0≤a≤1)型氧化物所构成的MgZnO层的发光元件，该方法的特征是，在前述MgZnO层的成长过程中，形成与该MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层。
如上所述，MgaZn1-aO型氧化物在成长时，由于容易产生氧不足，所以若采用以往的制造方法，只能得到n型氧化物层。因此，若要制得形成发光元件时所不可或缺的p型或i型的MgaZn1-aO型氧化物，该氧化物中的电子浓度必须降低。作为降低电子浓度的一个作法，采用将电子以空穴来补偿的作法。这是将用以产生空穴的Li等p型掺杂剂(受体)以对MgaZn1-aO型氧化物进行掺杂来补偿供体，以期得到i型或p型的氧化物。
然而，因氧不足所发生的电子浓度的最大级数亦有达到1019cm-3程度以上，欲使如此大量的电子经由p型掺杂剂的均一掺杂而作全面的补偿，需要电子浓度以上的大量的p型掺杂剂，在MgZnO中形成以p型掺杂剂为主体的粗大的异相结晶，因此会导致无法得到良好品质的p型或i型的MgaZn1-aO型氧化物。
然而，依据本发明的发光元件(及其制造方法)1，通过在形成活性层或p型金属包层的MgZnO层中插入与MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层，可解决此问题。依据此构成，电子的吸收与补偿的作用可由MgZnO层中局部存在的p型氧化物层担负，所以不须添加大量的p型掺杂剂，即可得到品质良好的p型或i型的MgaZn1-aO型氧化物，从而可获得高发光效率的紫外线或蓝色发光型发光元件。
对上述p型氧化物层的形成层数并无特别限定，但为了期待高发光效率，最好使电子补偿效果在MgZnO层中均一地产生。因此，最好使多层p型氧化物层沿着MgZnO层的厚度方向分散形成，例如，以周期性地形成。
作为p型氧化物层，可使用以CuO、NiO及LiO的任一种为主体的氧化物层。又，在使用CuO的场合，Cu的一部份亦可用Ga等III族元素或Sr等II族元素取代。
本发明的发光元件2的特征是，发光层部具有双异型构造，该双异型构造所含的p型金属包层主要由MgaZn1-aO(0≤a≤1)型氧化物构成，该p型金属包层中形成有p型掺杂剂浓度较该p型金属包层的平均浓度高的高浓度掺杂层，该高浓度掺杂层具有前述p型金属包层的1分子层以下的区域宽度。
又，本发明的发光元件的制造方法2用以制造发光层部具有双异型构造、且该双异型构造所含的p型金属包层主要由MgaZn1-aO(0≤a≤1)型氧化物构成的发光元件，该方法的特征是，在该p型金属包层的成长过程中，形成较该p型金属包层的平均浓度高的高浓度掺杂层。
依据本发明的发光元件2，在主要由MgaZn1-aO型氧化物所构成的p型金属包层中，通过使p型掺杂剂的高浓度掺杂层形成为具有该p型金属包层的1分子层以下的区域宽度，可使p型掺杂剂沿着层厚方向局部存在。由于作为p型掺杂剂的局部存在层的高浓度掺杂层担负着电子的吸收与补偿的作用，所以不须添加大量的p型掺杂剂，就可得到良好品质的p型金属包层。此外，该高浓度掺杂层并非形成作为p型掺杂剂的集合体的粗大的异相结晶，而是形成为具有p型金属包层的1分子层以下的区域宽度，所以不易形成导致载体散乱的非整合的异相界面或错位等。
本发明的发光元件3的特征是，具有由带隙能为2.2eV以上的宽带隙型氧化物半导体所构成的发光层部；该发光层部具有由p型金属包层、活性层及n型金属包层相互层叠的双异型构造，且该p型金属包层与该n型金属包层中的至少一方具有第一结晶层及第二结晶层，该第一结晶层通过异型接合与活性层邻接，对载体显现障壁层的作用；第二结晶层在活性层的相反侧与第一结晶层异型接合，其带隙能较第一结晶层低。
上述本发明的发光元件3中形成有以与金属包层的活性层邻接的部分作为势垒而作用的第一结晶层，并以与活性层的相反侧邻接的形态对应于第一结晶层形成带隙能较低的第二结晶层。在第二结晶层内移动的载体受到第一结晶层形成的势垒阻止，暂时性地驻留在第一结晶层与第二结晶层的交界附近的区域，使载体的密度增高(以下，将该载体密度增高的区域称为载体驻留区域)。藉此，即使是在由只能得到低载体密度的结晶所构成的金属包层中，由于位于活性层附近的载体驻留区域处亦可积聚载体，所以可提高对活性层的载体注入效率，获得高亮度的发光元件。
为了对活性层有效地以较大密度注入载体，第一结晶层的厚度t较好调整为50以上500以下。载体驻留区域的载体可越过第一结晶层所形成的势垒，或利用隧道效应通过势垒而流入活性层。为了提高对活性层的载体注入效率，提高在载体驻留区域的载体驻留效果是有效的方法，因此，必须对载体的利用隧道效应而通过势垒的现象加以抑制。第一结晶层的厚度t若不足50，则上述隧道效应显著，有损提高载体驻留区域的载体密度的效果，导致发光亮度提高效果无法充分实现。另一方面，第一结晶层的厚度t若增大，则隧道效应的影响会减轻，但在厚度t超过500的场合，载体驻留区域的载体越过第一结晶层的势垒而流动时的阻力变得过大，导致流入活性层的载体密度降低，终究无法充分实现提高发光亮度的效果。
在由II-VI族间化合物所构成的宽带隙型氧化物半导体中，以后述的MgZnO所代表的那样，欲制得低电阻率(即高载体密度)的p型半导体层并非容易。又，p型载体(空穴)的有效质量较作为n型载体的电子大，但迁移度小，因此，如何提高该p型载体对活性层的注入效率，对制造高亮度的发光元件非常关键。所以，至少在p型金属包层的一侧形成上述第一结晶层与第二结晶层，则可有效地提高p型载体对活性层的注入效率，进一步提高发光效率。
其次，第一结晶层可构成为由具有不同带隙能的障壁层与井层交互层叠的量子井构造。在该量子井构造中，由于载体在井层的局部存在而不易受到散乱的影响，可将较少的载体完全不浪费地注入到活性层中，所以可提高发光效率。例如，在采用单一量子井构造的场合，于井层中的载体以量子化的状态封入，形成较第一结晶层所形成的势垒低的封入能级。其结果是，载体驻留区域的载体经由较低的封入能级而流向活性层，所以可使注入活性层的载体密度提高。另一方面，在多重量子井构造的场合，由于形成较单一量子井构造的封入能级更低的次能带(sub-band)，所以可使载体驻留区域的载体更有效地注入到活性层中，从而提高发光效率。
在采用量子井构造的场合，为了使载体的量子封入效果发挥，障壁层的厚度tB较好调整为50以上150以下，井层的厚度tW较好调整为15以上150以下。井层的厚度tW若大于150，则载体的量子封入效果无法发挥。又，井层的厚度若不足15，则要维持用以实现量子井构造的较佳的能带构造的结晶构造会有困难。另一方面，在采用单一量子井构造的场合，障壁层的厚度tB若不足50，则因隧道效应导致障壁层的功用降低，所以同样无法发挥载体的量子封入效果。又，障壁层厚度tB若大于150，则在将载体驻留区域的载体注入活性层的过程中，因隧道效应载体通过障壁层的机率减少，发生注入活性层的载体密度降低的不良情形。又，在多重量子井构造中，较好的是以不妨碍到上述次能带的形成的方式，将与活性层及第二结晶层邻接的量子井构造的障壁层以外的障壁层的厚度tB调整为50以上150以下，其外的障壁层的厚度tB则与上述单一量子井构造的障壁层同样地调整为50以上150以下。
本发明的发光元件3中，宽带隙型氧化物半导体采用MgxZn1-xO(0≤x≤1)。在该MgxZn1-xO(0≤x≤1)中，ZnO为未掺杂的n型半导体，MgO为未掺杂的绝缘体，所以随着混晶比的增加，离子结晶性(绝缘化)会增强。其结果是，在MgxZn1-xO(0≤x≤1)中，随着混晶比(x)的增加，通过掺杂的载体注入变得困难。其理由是要由MgxZn1-xO(0＜x≤1)制得p型金属包层及n型金属包层，则无法掺杂充分的载体数量，这对于高亮度的发光元件的制造是一种障碍。然而，上述本发明中的发光层部，即使在由仅能得到低载体密度的结晶构成的金属包层中，由于能使位于活性层附近的载体驻留区域中的载体密度提高，所以即使在由MgxZn1-xO(0＜x≤1)形成p型金属包层及n型金属包层的场合，也能够使注入活性层的载体密度提高。
在第一结晶层为单一层的场合，MgxZn1-xO(0≤x≤1)随着混晶比x的增加带隙能会增大，所以在第一结晶层的混晶比x为xH，第二结晶层的混晶比x为xL时，为了使第一结晶层发挥作为障壁层的作用，使xH＞xL是必要的。又，各层的混晶比xH及xL以调整为0.1≤xH≤0.65、0.01≤xL≤0.40为佳。第二结晶层的混晶比xL若大于0.40，则通过掺杂的载体产生效率会降低，若加大掺杂剂量以求弥补，则会造成结晶品质的劣化。另一方面，xL若不足0.01，则无法充分将活性层与第二结晶层的带隙能之差拉大，这样就无法有效地将载体注入到活性层中。
又，第一结晶层的混晶比xH若不足0.01，则第一结晶层的作为障壁层的作用会不充分，导致载体驻留区域的载体驻留效果不充分。又，xH若大于0.65，则载体驻留区域的载体无法越过第一结晶层的势垒的机率会增加。上述任一种情形皆会导致发光效率的降低。又，第一结晶层与第二结晶层的障壁的阶差以0.15eV以上1.00eV以下为佳。因此，以将xH-xL设定为0.14以上0.69以下为佳。
此外，最好使第一结晶层较第二结晶层的载体浓度低。其理由在于，由于第一结晶层的混晶比x大、绝缘性的MgO的含有率高，欲将载体浓度提高，随着掺杂剂量的增加会发生结晶品质劣化的现象。又，第一结晶层为未掺杂层亦可。
其次，第一结晶层具有量子井构造的场合，若将障壁层的混晶比x为xB，将井层的混晶比x为xW，则xB＞xW是必要的。又，各层的混晶比xB及xW以分别调整为0.10≤xB≤0.65、0.01≤xW≤0.40为佳。井层的混晶比xW若大于0.40，则通过掺杂的载体产生效率会降低，若加大掺杂剂量以求弥补，则会造成结晶品质的劣化。xW若不足0.01，则无法充分地将活性层与井层的带隙能之差拉大，导致无法有效地将载体注入到活性层中。
另一方面，障壁层的混晶比xB若不足0.10，则障壁的阶差不充分，载体自井层流向障壁层侧的机率会增加，无法确保量子井构造的封入效果。又，xB若大于0.65，则载体驻留区域的载体无法越过障壁层的势垒的机率会增加。上述任一种情形皆会导致发光效率的降低。又，障壁层对于井层的障壁的阶差以0.15eV以上1.00eV以下为佳。因此，将xB-xW设定为0.14以上0.69以下为佳。
障壁层以使其载体浓度较井层低的方式调整。其理由在于，由于障壁层的混晶比x大、绝缘性的MgO的含有率高，欲将载体浓度提高，随着掺杂剂量的增加会出现结晶品质劣化。又，障壁层为未掺杂层亦可。
本发明中所用的由MgZnO型氧化物所构成的p型金属包层含有Li、Na、Cu、N、P、As、Al、Ga、In中的1种或2种以上作为p型掺杂剂。经由作为I族元素的Li、Na取代作为II族元素的Mg、Zn格点，作为V族元素的N、P、As取代作为VI族元素的O格点，可进行p型载体的掺杂。又，CuO是未掺杂的p型半导体，所以通过掺杂Cu生成CuO，Cu可发挥p型掺杂剂的作用。另一方面，通过一起添加Al、Ga、In、Li与N，可更确实地得到良好的p型特性。在MgZnO型氧化物中，作为p型掺杂剂宜选择与Zn或O元素的离子半径相近者，其理由是，在不使p型金属包层的结晶品质降低方面较有利。因而，作为p型掺杂剂，宜选用N与Ga、Al及In中的1种或2种以上，尤以选择Ga为佳。
又，由MgZnO型氧化物所构成的n型金属包层含有B、Al、Ga、In中的1种或2种以上。作为III族元素的B、Al、Ga、In取代作为II族元素的Mg、Zn可进行n型载体的掺杂。与上述p型掺杂剂同样，就n型金属包层的结晶品质考虑，以选择与Zn元素的离子半径相近的Ga作为n型掺杂剂为佳。
MgaZn1-aO型氧化物可经由气相成长法来形成，虽亦可采用例如溅镀法或MBE法，但使用MOVPE法的场合有下述的优点。在MOVPE法中，由于可自由地对结晶成长中的氧分压加以改变，所以通过使环境气氛压力的一定程度的上升，可有效地抑制氧的脱离乃至氧不足。其结果是，可制得发光元件中所不可或缺的p型MgaZn1-aO层，尤其是氧不足浓度在10个/cm3以下的p型MgaZn1-aO层。氧不足浓度越低越佳(即，0个/cm3亦无妨)。
藉由MOVPE法的p型MgZnO金属包层或MgZnO活性层的成长在10毫米汞柱(1.3×103Pa)以上的压力的环境气氛下进行，可更有效地抑制成膜过程中的氧不足的产生，从而得到具有良好特性的p型MgZnO金属包层或MgZnO活性层。此场合，更好的是将氧分压(O2以外的含氧的分子，亦将其所含有的氧换算成O2而计入)调整为10毫米汞柱(1.3×103Pa)以上。
另一方面，在使用MBE法的场合，为了在超高真空(～10-10毫米汞柱)中进行p型MgZnO金属包层或MgZnO活性层的成长，与上述MOVPE法相比较，氧不足的发生虽无法抑制，但具有在原子层水平能发挥层控制效用的优点。其结果是，可提高p型MgZnO金属包层或MgZnO活性层的结晶性。再者，上述本发明的发光元件1中，通过使用MBE法，可以高精密度对p型金属包层中插入的p型氧化物层或/及高浓度掺杂层进行层控制，使形成更高品质的p型金属包层成为可能。
作为p型掺杂剂，必须使用对于MgZnO型氧化物有效的p型掺杂剂。作为这样的p型掺杂剂，可使用N、Ga、Al、In、Li、Si、C、Se中的1种或2种以上。其中，尤其是使用N，在得到MgZnO的良好的p型特性上很有效。又，作为金属元素掺杂剂，可使用Ga、Al、In及Li中的1种或2种以上，尤以使用Ga特别有效。它们与N一起添加，可更确实地得到良好的p型特性。又，通过构成较这样的p型掺杂剂更高浓度的掺杂层，使得主要由MgZnO型氧化物所构成的p型金属包层的高品质化成为可能。
又，为了充分确保发光特性，宜使p型MgZnO型氧化物层(例如p型金属包层)中的p型载体浓度为1×1016个/cm3以上8×1018个/cm3以下。p型载体浓度若不足1×1016个/cm3，欲得到充分的发光亮度会有困难。另一方面，p型载体浓度若超过8×1018个/cm3，则注入到活性层中的p型载体量会过剩，导致向p型MgZnO型氧化物层(例如n型金属包层)的逆向扩散，或越过障壁而流入到n型金属包层中，致使对于发光没有贡献的p型载体增加，出现发光效率降低的情形。又，即使在n型MgZnO型氧化物层中，由于同样的理由，n型载体浓度以1×1016个/cm3以上8×1018个/cm3以下为佳。
其次，作为层成长的基板材质，可使用氧化铝、氧化镓、氧化镁、氧化锌、氮化镓、氮化铝、硅、碳化硅、砷化镓、铟锡复合氧化物或玻璃等。又，本发明中的最佳基板形态如下所述。即，如图2所示，MgaZn1-aO型氧化物具有沿着c轴方向交互层叠的金属原子层与氧原子层所构成的纤锌矿型结晶构造，其氧原子系呈六方晶系原子排列。因此，在氧原子呈六方晶系原子排列的同时，以该六方晶系原子排列的C面((0001)面)作为主表面的氧化物单结晶基板是与MgaZn1-aO型氧化物的结晶整合性良好的基板，因而在制得结晶性良好的发光层部上是有效的。这种场合，以缓冲层的全体作为MgaZn1-aO型氧化物层，以使纤锌矿型结晶构造的c轴沿着层厚方向配向的形态来形成氧化物单结晶板的主表面。作为这样的氧化物单结晶基板，例如具有刚玉型构造的氧化物，更具体的例子如蓝宝石基板。
对附图的简单说明
图1为本发明的实施方式1中的由MgZnO所构成的双异型构造的发光层部的示意图。
图2为表示MgZnO的结晶构造的示意图。
图3为表示MgZnO层的金属离子与氧离子的排列形态的示意图。
图4为使用I型能带排列的接合构造的发光元件的能带示意图。
图5为表示本发明的发光元件的具体例的示意图。
图6为表示图5的发光元件的p型MgZnO金属包层的构造的示意图。
图7为表示通过MOVPE法形成图6的p型MgZnO金属包层时的气体供给程序的示意图。
图8为表示将p型掺杂剂以δ掺杂所形成的MgzZn1-zO型氧化物层的结构示意图。
图9为表示通过MOVPE法形成图8的MgzZn1-zO金属包层时的气体供给程序的示意图。
图10为表示使δ掺杂层与p型氧化物层以双重周期形成的p型MgZnO金属包层的构造示意图。
图11为表示对p型MgZnO活性层以周期性形成p型氧化物层的示意图。
图12A为表示本发明的实施方式2的发光元件的概念的层叠构造的截面图。
图12B为图12A的层叠构造的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。
图13为表示以MgZnO来构成图12A的发光层部的发光元件的层叠构造截面图。
图14A为图13的层叠构造的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。
图14B为图13的变形例的价电子带上端的能级(Ev)的示意图。
图15A及15B为表示将第一结晶层作成量子井构造的例子的示意图。
图16A为表示采用15A的量子井构造时的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。
图16B为表示采用15B的量子井构造时的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。
图17A、17B及17C为表示量子井构造的各种变形例的说明图。
实施发明的最佳方式
以下参照附图来说明实施本发明的最佳方式。
(实施方式1)
图1为表示作为本发明的实施方式1的发光元件(本发明的发光元件1)的重要部分的层叠构造的示意图，具有由n型金属包层34、活性层33及p型金属包层32依次层叠的发光层部。且，各层32～34都由MgaZn1-aO型氧化物层(0≤a≤1：以下，亦记为MgZnO，但由混晶比a的范围可知，即使记为MgZnO，并非表示MgZnO的组成比为Mg∶Zn∶O＝1∶1∶1，概念上亦包含着MgO及ZnO的各单体氧化物)形成。在该p型MgZnO金属包层32中，作为p型掺杂剂，微量含有N、Ga、Al、In、Li中的1种或2种以上。又，p型载体浓度调整为前述的1×1016个/cm3以上8×1018个/cm3以下，例如，1017个/cm3～1018个/cm3左右的范围。
图2表示MgZnO的结晶构造，为所谓的纤锌矿型构造。在该构造中，氧原子层与金属原子(Zn离子或Mg离子)层沿着c轴方向交互层叠，如图3所示，c轴沿着层厚方向而形成。若欠缺氧离子产生空孔，则出现氧不足，产生n型载体电子。若这样的氧不足形成过多，则n型载体会增加而失去p型导电性。因此，在形成p型MgZnO金属包层32或MgZnO活性层3 3的情况下，谋求抑制此氧不足的发生非常重要。
活性层33使用具有对应于所要求的发光波长的合适的带隙能的层。例如，用于可见光发光者，宜选择具有在波长400nm～570nm可发光的带隙能Eg(3.10eV～2.18eV左右)的活性层。它是横跨紫色到绿色的发光波长带，特别是在用于蓝色发光的场合，宜选择具有在波长450nm～500nm可发光的带隙能Eg(2.76eV～2.48eV左右)的活性层。又，用于紫外线发光时，宜选择具有在波长2.80nm～400nm可发光的带隙能Eg(4.43eV～3.10eV左右)的活性层。
例如，活性层33可通过在活性层和p型MgxZn1-xO型氧化物层间形成I型能带排列(band line-up)的半导体来形成。这样的活性层33可作为MgyZn1-yO型氧化物层(0≤y＜1，x＞y：以下亦称为MgZnO活性层)形成。如图4所示，所谓的「在活性层与p型MgZnO金属包层间形成I型能带排列」是指在p型金属包层(p型MgZnO金属包层32)的传导带底及价电子带上端的各能级Ecp、Evp，与活性层的传导带底及价电子带上端的各能级Eci、Evi的间成立下述大小关系的接合构造：
Eci＜Ecp(1)
Evi＞Evp(2)
该构造中，自活性层33往n型金属包层34的空穴的正向扩散，与往p型金属包层32的电子(n型载体)的顺向扩散的任一种皆会产生势垒。而且，若以在活性层33与n型金属包层34间形成与图4同样的I型能带排列的方式来选择n型金属包层34的材质，则在活性层的位置，在传导带底及价电子带上端的两方可形成井状的势垒，可提高对于电子与空穴双方的封入效果。其结果是，载体再结合的促进乃至于发光效率的提高可更加显著。
在MgZnO活性层33中，混晶比y的值亦为决定带隙能Eg的因素。例如，在进行波长280nm～400nm的紫外线发光时，选择0≤y≤0.5。又，形成的势垒的高度在发光二极管中定为0.1eV～0.3eV左右，在半导体激光光源中定为0.25eV～0.5eV左右。此值可由p型MgxZn1-xO层32、MgyZn1-yO活性层33及n型MgzZn1-zO层3 4的各混晶比x、y、z的数值选择而决定。
其次，在本实施方式中，如图6所示，在p型MgZnO金属包层32中插入了与MgzZn1-zO型氧化物不同的氧化物，例如CuO、NiO或LiO所构成的p型氧化物层32b。且，对该p型氧化物层32b交互层叠着掺杂成p型的MgzZn1-zO型氧化物层32a。通过采用这样的构造，p型MgZnO金属包层32中的作为背景载体存在的电子可被p型氧化物层32b所吸收与补偿，所以MgzZn1-zO型氧化物层32a中的p型掺杂剂浓度即使降低亦可得到良好的p型导电性。其结果是，使得p型掺杂剂集合成的异相区域难以形成，可得到良好品质的p型或i型的MgZnO氧化物层。
p型氧化物层32b的层厚薄化至能够发挥量子效果的程度的膜厚，利用隧道效应调整为不发挥发光层的作用。另一方面，与该p型氧化物层32b相邻接的MgzZn1-zO型氧化物层32a相当于一种障壁层，由于须要求具有整体结晶的性质，相反地须以隧道效应的影响不致太过显著的方式将其层厚调整为15nm以上为佳。
上述p型氧化物与MgZnO的结晶构造的晶格常数也不同。另一方面，p型氧化物层32b于p型MgZnO金属包层32中若未与MgzZn1-zO型氧化物层32a形成晶格整合的形态，则会因错误的产生造成载体散乱，导致发光效率降低。这种情况下，若p型氧化物层32b的层厚过大，则可缓和晶格，在与该p型氧化物层32b相接的MgzZn1-zO型氧化物层32a间产生晶格不整合的情形，在其后的成长层形成贯通错位的不良情况。为了避免此情形，于形成p型氧化物层32b之际，必须形成未达到晶格缓和程度的膜厚(临界膜厚)，具体而言，以形成20nm以下的层厚为佳。例如，p型氧化物层32b以CuO或NiO构成的场合，由于用于与MgZnO进行晶格整合的临界膜厚为3～5分子层左右度，所以以使p型氧化物层32b为临界膜厚以下的方式形成1分子层以上3～5分子层以下，将与其相接的MgZnO层32a的层厚调整为20nm以下，例如，15nm左右的层厚为佳。
对上述p型氧化物层32b的形成层数并无特别限定，但要期待得到高发光效率，当然以使电子补偿效果均一地在MgZnO层中产生为佳。因此，最好如图6所示，将2层以上，即多层p型氧化物层32b沿着p型MgZnO金属包层32的厚度t方向分散而形成，更好的是周期性地形成。将p型氧化物层32b这般形成多层的场合，以将各p型氧化物层32b和与其交互层叠的各MgzZn1-zO型氧化物层32a的层厚调整为前述范围为佳。
以下，就上述发光元件的制造过程加以说明。首先，如图5所示，在蓝宝石基板10上使ZnO所构成的缓冲层11外延成长。然后，使n型MgZnO金属包层34、MgZnO活性层33及p型MgZnO金属包层32依次外延成长(32～34的外延成长顺序反过来亦可)。各层的外延成长可通过前述的MOVPE法或MBE法实现。下面，以MOVPE法为代表进行说明。
通过MOVPE法使缓冲层11、n型MgZnO金属包层34、MgZnO活性层33及p型MgZnO金属包层32(含图6的p型氧化物层32b)，在同一反应容器内连续成长。为了促进用以层形成的化学反应，反应容器内的温度可利用加热源(本实施方式中为红外线灯)调整。各层的主原料如下所述。
.氧源气体：虽然可使用氧气，但就后述的与有机金属的过度反应的抑制的观点考虑，最好以氧化性化合物气体的形式来供给。具体而言，有N2O、NO、NO2、CO等。本实施方式中使用N2O(一氧化二氮)。
.Zn源气体：二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)等。
.Mg源气体：双环戊二烯基镁(Cp2Mg)等。
.Cu源气体：六氟化乙酰丙酮铜等。
.Ni源气体：环戊二烯基镍、甲基环戊二烯基镍等。
.Li源气体：正丁基锂等。
又，Cu源气体、Ni源气体及Li源气体为p型氧化物原料气体。
另外，p型掺杂剂气体如下所述。
.Li源气体：正丁基锂等。
.Si源气体：甲硅烷等硅氢化物等。
.C源气体：烃类(例如含1个以上的C的烷基等)。
.Se源气体：硒化氢等。
又，通过一起添加Al、Ga及In等III族元素的1种或2种以上个作为V族元素的N，可发挥良好的p型掺杂剂的作用。掺杂剂气体如下所述。
.Al源气体：三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)等。
.Ga源气体：三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)等。
.In源气体：三甲基铟(TMIn)、三乙基铟(TEIn)等。
作为p型掺杂剂，使用N与金属元素(Ga)的情况下，在进行p型MgZnO金属包层的气相成长时，须将作为N源的气体与作为Ga源的有机金属气体一起供给。例如，本实施方式中，作为氧成分源使用的N2O亦兼作为N源。
另一方面，n型MgZnO金属包层34亦可通过降低成长时的氧分压积极地形成氧不足以得到n型导电性，亦可通过将B、Al、Ga及In等III族元素作为n型掺杂剂单独添加得到n型导电性。作为掺杂剂气体，关于Al、Ga及In，在p型掺杂剂中所述的可同样使用。又，关于B，可使用乙硼烷(B2H6)。
将上述各原料气体通过载气(例如氮气)适度地稀释，供给到反应容器内。又，由于各层的混晶比不同，所以通过流量控制器MFC可对各层的作为Mg源及Zn源的有机金属气体MO的流量比加以控制。又，作为氧源气体的N2O及掺杂剂源气体的流量亦可通过流量控制器MFC加以控制。
缓冲层11的成长以如下的方式进行。首先，进行层的成长的基板10是结晶主轴为c轴的蓝宝石(即氧化铝单晶)基板，氧原子面侧的主表面作为层成长面使用。在进行层成长前，对基板10在氧化性气体环境气氛下充分地进行退火处理。氧化性气体可选择O2、CO、N2O的任一种，但为了与后述的层成长时的氧源气体共用，本实施方式中使用N2O。在MOVPE的反应容器内进行时，退火处理温度在750℃以上(但较基板的融点低的温度)，保持时间30分钟以上施行退火。在通过湿式洗涤等充分地进行基板表面的净化时，将退火处理时间缩短亦无妨。
上述退火处理完成后，在保持氧化性气体环境气氛下，使基板温度降低到可抑制氧不足发生所设定的250～350℃(本实施方式中为350℃)的第一温度。然后，在温度达到设定值趋向稳定后，停止氧化性气体的供给，以氮气置换反应容器内部，将氧化性气体充分地除去。净化时间因反应容器的形状及容积而异，确保5秒以上可产生效果。
然后，将有机金属气体MO供给到反应容器内，将成为图1的缓冲层11的一部份的最初的金属原子层通过ALE法(原子层外延法，Atomic Layer Epitaxy法)形成单原子金属层。ALE法中，通过自行停止的作用，金属原子层的成长达到1原子层厚即饱和，即使继续供给有机金属气体MO，金属原子层也不会继续成长。其后，将有机金属气体MO的供给停止，以氮气置换反应容器内部，将有机金属气体MO充分地除去后，导入作为氧源气体(亦为氧化性气体环境气氛)的N2O，通过ALE法使氧原子层形成1原子层厚。藉此在基板10上可形成1分子层厚的MgZnO层。
然后，在保持氧化性气体环境气氛的状态下，将反应容器内的温度升温到设定的400～800℃的第二温度(本实施方式中为750℃)，再连续导入有机金属气体(金属源气体)，通过一般的MOVPE法使缓冲层的残余部分成长。就得到更佳的结晶性及平坦性的观点考虑，亦可通过ALE法使最初的多层分子层成长。
在缓冲层11的形成完成后，通过MOVPE法依次形成n型MgZnO金属包层34、MgZnO活性层33及p型MgZnO金属包层32。其中，p型MgZnO金属包层32如图6所示，必须以MgzZn1-zO型氧化物32a与p型氧化物层32b交互层叠的形态成长。图7表示成长p型MgZnO金属包层32时的气体供给程序的一例。在此程序中，MgZnO金属源气体的流量是以NS1的大流量期间与较NS1小的NS0的小流量期间做交替的方式来切换。另一方面，p型氧化物金属源气体则以与金属源气体的大流量期间对应的小流量期间(流量：NA0＝0)、同样地与小流量期间对应的大流量期间(流量：NA1)做交替的方式而切换。另一方面，氧源气体系以既定的流量NX0恒定地继续导入。藉此，在p型MgZnO金属包层32的成长过程中，可间歇性地成长多层p型氧化物层32b。
在使p型氧化物层32b间歇性地成长之际，可一边使MgzZn1-zO型氧化物层32a继续成长一边使p型氧化物层32b的成长同时进行。这种情况下，如图7所示，MgZnO金属源气体的供给以即使于小流量期间亦为非零的一定流量值NS0’的方式作流量控制。这种情况下，p型氧化物层32b成为p型氧化物与MgZnO混合存在的区域。
另一方面，以使MgzZn1-zO型氧化物层32a的成长停止的状态下，使p型氧化物层32b成长。这意味着将图7中小流量期间的MgZnO金属源气体的流量NS0设定为零。在MgzZn1-zO型氧化物层32a的成长停止的状态下，使p型氧化物层32b成长，将其停止期间作为一种热处理期间作用的结果，可改善结晶性，从而成长为缺陷更少的p型MgZnO金属包层32。又，将MgZnO金属源气体的供给阻断，仅以氧源气体继续供给一定时间后，再切换为p型氧化物金属源气体的供给，则可更有效地防止氧不足等缺陷的发生。
在MgzZn1-zO型氧化物层32a的成长时，进行以p型掺杂剂(例如Ga与N一起添加)的掺杂。p型掺杂剂气体可于MgzZn1-zO型氧化物层32a的原料气体(金属源气体+氧源气体)的继续供给的同时，以一定流量供给。这样MgzZn1-zO型氧化物层32a可具有p型掺杂剂那样的掺杂构造。
另一方面，如图8所示，可将p型掺杂剂浓度较p型MgZnO金属包层32(或MgzZn1-zO型氧化物层32a)的平均浓度高的高浓度掺杂层(以下，称为δ掺杂层)32c以具有MgzZn1-zO型氧化物层32a的1分子层以下的区域宽度的方式来形成(本发明的发光元件2)。这样减低背景电子浓度的效果会更加显著，由于可减低p型MgZnO金属包层32整体的平均p型掺杂剂浓度，所以可更进一步改善发光效率。通过δ掺杂层32c在MgzZn1-zO型氧化物层32a中以2层以上的周期形成，可更加提高电子补偿效果。
δ掺杂层32c中的p型掺杂剂的供给量以使p型掺杂剂气体分子的被覆率为1/20以上1/4分子层以下来调整为佳。若不足1/20分子层，则背景电子浓度减低效果会不充分。又，若超过1/4分子层，则p型掺杂剂的添加量容易过剩，导致发光效率的减低等。又，δ掺杂层32c的形成间隔以MgZnO层32a的分子层来换算，以10～500分子层的范围为佳。若不足10分子层，则p型掺杂剂的添加量容易过剩，导致发光效率降低。另一方面，若超过500分子层，则背景电子浓度减低效果或p型导电性的赋予会有不充分的情形。
上述δ掺杂层32c可将相对于MgzZn1-zO型氧化物的原料气体(金属源气体+氧源气体)的p型掺杂剂气体的供给浓度比暂时性增加来形成。在使多层δ掺杂层32c沿着层厚方向分散而形成的场合，可通过使p型掺杂剂气体的供给浓度比间歇性地增加来形成。图9表示该气体供给程序的一例，将MgZnO金属源气体的流量以NS1的大流量期间与较NS1小的NS0的小流量期间做交替的方式而切换，又，将氧源气体的流量以NX1的大流量期间与较该NX1小的NX0的小流量期间做交替的方式而切换，另一方面，p型掺杂剂气体则以与MgZnO原料气体的大流量期间对应的小流量期间(流量：ND0)、同样地与小流量期间对应的大流量期间(流量：ND1)做交替的方式而切换。
又，因δ掺杂层32c的形成而导致的背景电子浓度减低效果在δ掺杂层32c中的p型掺杂剂浓度的变化曲线愈陡峭时愈显著。要得到这样的曲线，在形成δ掺杂层32c之际，使MgzZn1-zO原料气体停止供给是有效的。具体而言，图9中的NS0与NX0皆为零。又，在δ掺杂层32c未形成时，使p型掺杂剂气体的流量ND0为零，这有利于形成更陡峭的浓度变化曲线。再者，于MgzZn1-zO型氧化物层32a中形成δ掺杂层32c之际，在刚要供给p型掺杂剂气体前，将利用MOVPE法的MgzZn1-zO型氧化物层32a的成长模式切换成与缓冲层11形成时的同样的ALE模式亦为有效。即，只要使得p型掺杂剂气体供给前的MgzZn1-zO型氧化物层32a的至少最后的1分子层通过ALE形成后自行停止，在该状态下供给p型掺杂剂气体，可得到极为陡峭的浓度变化曲线。
图10为表示通过上述方法最终得到的p型MgZnO金属包层32的详细构造的示意图。在此构造中，多层δ掺杂层32c在MgzZn1-zO型氧化物层32a中周期性地形成，对于该MgzZn1-zO型氧化物层32a，更进一步周期性地形成p型氧化物层32b，构成所谓的双重周期性构造。藉此可使背景电子浓度减低效果发挥到最大限度，可确实地赋予p型MgZnO金属包层32以p型导电性，并且，对于成为图1的构造时的发光元件的发光效率乃至亮度的提高会有贡献。
又，如图11所示，即使对于MgZnO活性层33，亦可完全同样地形成p型氧化物层33b，对于背景电子浓度的减低乃至于发光效率的提高上会有贡献。这种情况下，MgZnO活性层33的整体必须具有本征半导体型(i型)的导电特性，MgzZn1-zO型氧化物层33a则成为无掺杂层。
又，在使MgZnO活性层33及p型MgZnO金属包层32成长之际，为了抑制氧不足发生，使反应容器内的压力保持在10毫米汞柱以上是有效的。藉此，可对氧的脱离更加抑制，从而可成长成氧不足少的MgZnO层。尤其是使用N2O作为氧成分源的场合，通过上述的压力设定，可防止N2O的解离的急速进行，能够更有效地抑制氧不足的发生。环境气氛压力愈高，氧脱离的抑制效果愈高，但在760毫米汞柱(1.01×105Pa或1气压)左右效果即已相当显著。例如，若为760毫米汞柱以下，则反应容器内为常压或减压状态，所以容器密封构造比较简单即可，这是其优点。另一方面，在采用超过760毫米汞柱的压力的情况下，容器内为加压状态，所以为了不使内部气体漏出，须考虑稍强固的密封构造，又，压力相当高的情况下，则须考虑耐压构造，但氧脱离的抑制效果可更加显著。这种情况下，压力的上限可在兼顾设备成本与氧脱离抑制效果下决定适当的值(例如，7600毫米汞柱(1.01×106Pa或10气压)左右)。
如上所述，发光层部的成长完成后，如图5所示，将活性层33及p型MgZnO金属包层32的一部份通过光微影术等进行部分去除，形成由铟锡氧化物(ITO)等构成的透明电极125，同时在残余的p型MgZnO金属包层32上形成金属电极122。其后，与基板10一起进行切割，可得到发光元件1。非常明确的是此发光元件1是在基板10上形成由MgZnO所构成的缓冲层11，再形成由MgZnO所构成的发光层部的元件。光的发出主要来自透明的蓝宝石基板10侧。
又，上述说明的制造方法中，各层的成长虽通过MOVPE法来进行，但亦可采用MBE法。例如，形成LiO层作为p型氧化物层或使用Li作为p型掺杂剂的情况下，亦可使用固体Li作为p型氧化物形成原料或掺杂源。
(实施方式2)
图12A为表示本发明的发光元件的实施方式2(本发明的发光元件3)的重要部分的层叠构造的示意图。分别由宽带隙型氧化物半导体所构成的n型第二结晶层2、n型第一结晶层3、活性层4、p型第一结晶层5、p型第二结晶层6依次形成晶格整合进行层叠，藉此通过双异型接合形成发光层部1。n型第二结晶层2与n型第一结晶层3构成n型金属包层7，p型第一结晶层5与p型第二结晶层6构成p型金属包层8。又，n型第一结晶层3由较n型第二结晶层2的带隙能大的宽带隙型氧化物半导体所构成，p型第一结晶层5由较p型第二结晶层6带隙能大的宽带隙型氧化物半导体所构成。图12B为表示图12A的层叠构造在施加电压下的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。对于产生于n型第二结晶层2的载体，n型第一结晶层3具有势垒的功用，在n型第一结晶层3与n型第二结晶层2的交界附近的区域(图12B的斜线区域：载体驻留区域)载体会暂时地驻留，使载体密度提高。图12B中，虽仅显示传导电子带底的能级，但于价电子带上端，在p型第二结晶层6处所产生的载体亦受到p型第一结晶层5的势垒，导致在形成p型第一结晶层5与p型第二结晶层6的层叠界面附近的载体浓度增大。通过形成图12A所示的层叠构造，即使在由只能得到低载体密度的结晶所构成的金属包层中，仍可使活性层附近的载体密度提高，从而使活性层的发光效率提高。
图13为表示采用MgxZn1-xO(0≤x≤1)作为宽带隙型氧化物半导体时的发光元件的实施方式的层叠构造的截面图。即，在蓝宝石基板11上进行ZnO缓冲层12的外延成长，然后，使n型MgxZn1-xO层(n型第二结晶层)2、n型MgxZn1-xO层(n型第一结晶层)3、MgxZn1-xO活性层4、p型MgxZn1-xO(p型第一结晶层)层5及p型MgxZn1-xO(p型第二结晶层)6依次成长。各层的外延成长可通过前述的MOVPE法或MBE法来完成。各层的主原料与实施方式1相同，所以省略其详细说明。
MgxZn1-xO是非掺杂的n型半导体ZnO与作为绝缘体的MgO的混晶，所以随着对应于Zn的混晶比x的增加，离子结晶性增强。其结果是，在MgZnO结晶中，混晶比x的增加，可使由掺杂所致的载体产生效率降低。然而，随着混晶比的增加，MgZnO结晶的带隙能亦增加，所以由MgZnO所构成的金属包层中，混晶比x愈多，活性层中的载体的封入效果愈高，从而提高发光效率。在由MgZnO所构成的金属包层中，为了赋予对活性层的载体封入效果与产生有效的载体这2种作用，图13的n型第一结晶层3的带隙能须较n型第二结晶层2大，p型第一结晶层5的带隙能须较p型第二结晶层6大，以此方式来调整混晶比x。具体而言，第一结晶层的混晶比x较第二结晶层大。
这样就将金属包层作为至少有第一结晶层与第二结晶层的2层构造，使邻接于活性层的第一结晶层的混晶比x较第二结晶层大，藉此，第一结晶层对于在第二结晶层所产生的载体具有势垒的功用，使载体在第一结晶层与第二结晶层的交界附近的区域暂时地驻留，不仅有提高载体密度的效果，而且，可提高对于注入活性层的载体的封入效果。
图14A为图13的层叠构造的发光层部在施加电压时的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。n型载体(电子)驻留于作为载体驻留区域的n型第一结晶层3与n型第二结晶层2的层叠界面附近，n型载体密度变高。其结果是，可提高注入到活性层4的n型载体密度。又，在图14A中，虽仅显示传导电子带，但于价电子带中亦同样地，p型载体(空穴)会驻留于作为载体驻留区域的p型第一结晶层5与p型第二结晶层6的层叠界面附近，从而提高注入活性层4的p型载体密度。又，如图14B所示，亦可只在p型金属包层8侧形成p型第一结晶层5。
图15A表示图13中的n型第一结晶层3与p型第一结晶层5成为单一量子井构造的例子，图15B为多重量子井构造的例子。在单一量子井构造中，1个井层(n型井层14或p型井层16)由2个障壁层包夹着，在多重量子井构造中，则由多层井层与障壁层层叠。图16A、图16B为图15A、图15B的层叠构造在施加电压下的传导电子带底的能级(Ec)的示意图。图16A对应于图15A，图16B对应于图15B。如图16A所示，图15A的n型第一结晶层3及p型第一结晶层5为单一量子井构造的情况下，对于井层的载体，可形成在井层的Ec与障壁层的Ec的中间所封入的能级(虚线)。在n型第二结晶层2所产生的载体，由于会通过该能级注入到活性层4中，所以可抑制因散乱等造成的能量损耗。又，由图16B所示的多重量子井构造所构成的情况下，由于形成较上述的封入能级更低的次能级(点线)，所以更有效。图16B的多重量子井构造为了图标上的方便起见，以单一量子井构造的3周期来表示，但此周期数并无限定，可以是2周期或4周期以上。但是，若就载体的多重量子井构造内的迁移度考虑，以1周期以上7周期以下为佳。又，在MgZnO结晶中，亦可只在p型金属包层侧由上述量子井构造构成第一结晶层。
活性层4亦可使用通过混晶比的调整而具有对应于所要求的发光波长的适当的带隙能的层。例如，用于可见光发光时，可选择具有在波长400nm～570nm下发光的带隙能Eg(3.10eV～2.18eV左右)的层。它涵盖由紫色到绿色的发光波长带，尤其是用于蓝色发光的情况下，可选择具有在波长450nm～500nm下发光的带隙能Eg(2.76eV～2.48eV左右)的层。又，用于紫外线发光时，可选择具有在波长280nm～400nm下发光的带隙能Eg(4.43eV～3.10eV左右)的层。
在发光层部1的成长完成后，如图13所示，将n型MgZnO层3及p型MgZnO层6的一部份通过光微影术等部分去除，形成由铟锡氧化物(ITO)等所构成的透明电极25，同时于残余的p型MgZnO金属包层6上形成金属电极22，其后与基板11一起进行切割，得到发光元件100。光的发出来自透明的蓝宝石基板11侧。
这样通过用MgxZn1-xO(0≤x≤1)构成发光层部1的发光元件100，即使在为了确保结晶品质而只能得到低载体密度的金属包层(尤其是p型金属包层)中，在活性层附近的载体密度也可得以提高，可有效地进行短波长发光。
图17A及图17B为表示第一结晶层的形成形态的各种变形例的能带图(只显示传导带底的能级)。图17A是使得n型第二结晶层2及p型第二结晶层6分别以与n型第一结晶层3及p型第一结晶层5接近时的带隙能会慢慢减小的方式来形成的例子。藉此可更加提高载体的驻留效果。图17B是将n型第一结晶层3与p型第一结晶层5形成多重量子井构造，且使该量子井构造的各井层朝向活性层4的带隙能逐渐减小的方式来形成的例子。这样的多重量子井构造内形成的次能带的带隙能愈接近活性层4愈低。其结果是，通过次能带将载体注入活性层4中时的能量损耗进一步减小，从而提高在活性层4的发光效率。又，图17C中，虽亦采用多重量子井构造，但此处是以使混晶比x自层两端朝向中心连续地变高(阶段性地变高亦可)的方式作变化，形成对势垒倾斜的状态。其结果是，可促进次能带的形成，从而提高注入到活性层4的载体密度。
又，替代对应于基板以n型金属包层、活性层、p型金属包层的顺序进行层叠，改为对应于基板以p型金属包层、活性层、n型金属包层的顺序进行层叠亦可达成本发明的效果是不言而喻的。

Claims (11)

1.发光元件，其特征在于，发光层部具有双异型构造，该双异型构造所含的活性层及p型金属包层的至少一方为主要由MgaZn1-aO型氧化物所构成的MgZnO层，其中0≤a≤1，所述a表示混晶比，且在该MgZnO层中插入了与前述MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层，前述p型氧化物层以CuO、NiO及LiO中的任一种为主体。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征还在于，使多层前述p型氧化物层沿着前述MgZnO层的层厚方向分散形成。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其特征还在于，前述p型氧化物层以1分子层以上、20nm以下的厚度形成。
4.发光元件，其特征在于，发光层部具有双异型构造，该双异型构造所含的p型金属包层主要由MgaZn1-aO型氧化物所构成，其中0≤a≤1，所述a表示混晶比，且该p型金属包层中沿着层厚方向分散形成了p型掺杂剂浓度较该p型金属包层的平均浓度高的高浓度掺杂层、及与前述MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层，前述高浓度掺杂层具有前述p型金属包层的1分子层以下的区域宽度，前述p型氧化物层以1分子层以上、20nm以下的厚度形成，前述p型氧化物层以CuO、NiO及LiO中的任一种为主体。
5.发光元件的制造方法，该方法用以制造发光层部具有双异型构造、且该双异型构造所含的活性层及p型金属包层的至少一方为主要由MgaZn1-aO型氧化物所构成的MgZnO层的发光元件，其中0≤a≤1，所述a表示混晶比，其特征在于，在前述MgZnO层的成长过程中，形成与前述MgaZn1-aO型氧化物不同的显示p型导电性的p型氧化物层，前述p型氧化物层以CuO、NiO及LiO中的任一种为主体。
6.如权利要求5所述的发光元件的制造方法，其特征还在于，在前述MgZnO层的成长过程中，使多层前述p型氧化物层间歇性地成长。
7.如权利要求5或6所述的发光元件的制造方法，其特征还在于，通过气相成长法使前述MgZnO层成长的过程中，使前述p型氧化物层在前述MgaZn1-aO型氧化物的成长停止的状态下成长。
8.如权利要求5或6所述的发光元件的制造方法，其特征还在于，利用MOVPE法形成前述MgZnO层。
9.如权利要求7所述的发光元件的制造方法，其特征还在于，利用MOVPE法形成前述MgZnO层。
10.如权利要求5或6所述的发光元件的制造方法，特征还在于，利用MBE法形成前述MgZnO层。
11.如权利要求7所述的发光元件的制造方法，特征还在于，利用MBE法形成前述MgZnO层。
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